Aktivität 4: Lösen der Analyse und Überprüfen der Ergebnisse

In einer nichtlinearen statischen Spannungsstudie wird die Lösung in mehreren Schritten berechnet. In diesem Lernprogramm wird die Druckbelastung des Trägers allmählich über 60 Schritte angewendet, sodass Sie die Auswirkungen der Last im Zeitverlauf sehen können.

Bei dieser Aktivität führen Sie folgende Aufgaben aus:

• Lösen der Studie

• Bestimmen, ob der Träger wahrscheinlich bricht

• Ermitteln Sie, wann der Sicherheitsfaktor unter 1 fällt

• Überprüfen Sie das Ergebnis Von-Mises-Spannung, um zu sehen, wie sich die Spannungen verändern, wenn der Träger belastet wird

• Überprüfen Sie das Ergebnis Verschiebung, um festzustellen, wann die Verschiebung beginnt, exponentiell anzusteigen

  

  

Voraussetzungen

• Aktivität 3 ist abgeschlossen.

Schritte

1. Lösen Sie die Studie.

   1. Klicken Sie auf  (Arbeitsbereich Simulation > Registerkarte Setup > Gruppe Lösen > Lösen), um das Dialogfeld Lösen zu öffnen.
      
      Anmerkung: Als Vorüberprüfungssymbol wird ein [](https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/DEU/?contextId=MODEL-PRESS-PULL-CMD) grünes Häkchen angezeigt. Dieses Häkchen gibt an, dass keine Warnungen vorhanden sind und das Modell gelöst werden kann.
   2. Wählen Sie die zu lösende Studie aus.
   3. Klicken Sie auf 1 Studie auflösen, um die Analyse durchzuführen und das Dialogfeld zu schließen.

      Anmerkung: Die Netzerstellung und Lösung der Analyse kann einige Minuten dauern.

   4. Wenn die Analyse abgeschlossen ist, klicken Sie auf Schließen, um das Dialogfeld [](https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/DEU/?contextId=MODEL-CHAMFER-CMD)Job-Status[](https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/DEU/?contextId=MODEL-CHAMFER-CMD) zu schließen.

      Die Registerkarte Ergebnisse wird automatisch geöffnet, sodass Sie die Ergebnisse anzeigen können.

2. Zeigen Sie das Ergebnis an, und ermitteln Sie, ob der Träger unter der angewendeten Last wahrscheinlich bricht.

   1. Das Ergebnis Sicherheitsfaktor bei Schritt 60 wird angezeigt, wenn die Studienlösung zum ersten Mal abgeschlossen wurde. Wenn Sie die Lösung jedoch erneut ausführen, wird das zuletzt angezeigte Ergebnis nach dem Abschluss beibehalten. Falls erforderlich, wählen Sie Sicherheitsfaktor aus der Dropdown-Liste Ergebnisse neben der Legende aus.
      
      
   2. Ziehen Sie den Schieberegler vor und zurück, um zu sehen, wie sich der Sicherheitsfaktor bei zunehmender Belastung ändert. Die Last steigt über die Simulation mit einer Rate von 5 kN pro Schritt (5 kN * 60 Schritte = 300 kN) linear an.

      Anmerkung: Der minimale Sicherheitsfaktor entspricht ca. 0.7, was darauf hinweist, dass die Streckgrenze des Materials erheblich überschritten wurde. Außerdem wird ein großer Teil des Konturbauteils rot dargestellt. Daher ist davon auszugehen, dass eine dauerhafte Verformung aufgetreten ist, und unter der angewendeten Last läuft der Träger Gefahr, zu brechen.

3. Ermitteln Sie mithilfe des , wann der Sicherheitsfaktor unter 1.0 fällt.

   1. Klicken Sie im Legendenbereich des Plots auf das Symbol  2D-Diagramm rechts neben dem Schritt-Schieberegler.

      Tipp: Klicken Sie, und ziehen Sie die Titelleiste Plot mit transienten Ergebnissen, um das Plot-Fenster neu zu positionieren. Sie können auch klicken und die untere rechte Ecke des Fensters ziehen, um die Größe zu ändern.

   2. Klicken Sie auf die Zeitmarkierungslinie im Diagramm, und ziehen Sie sie, um den Punkt zu lokalisieren, an dem der Sicherheitsfaktor auf 1.0 fällt.
      
      
      
      Beachten Sie, dass der Sicherheitsfaktor 1.0 ungefähr beim 26. Berechnungsschritt kreuzt. Daraus können wir ableiten, dass die Belastung bei ungefähr 43 Prozent der angewendeten Last bzw. 130 kN kritisch wird:

      (Schritt 26 / 60 Schritte = 0.433 und 0.433 * 300 kN = 130 kN)

   3. Klicken Sie auf Schließen, um das Diagramm auszublenden.

4. Zeigen Sie das Ergebnis Von-Mises-Spannung an, um zu sehen, wie sich die Spannungen verändern, wenn der Träger belastet wird.

   1. Wählen Sie das Ergebnis Spannung aus der Dropdown-Liste aus. Der angezeigte Vorgabe-Spannungstyp ist die Von-Mises-Spannung.
   2. Ziehen Sie den Schieberegler für die Schritte, um zu sehen, wie sich die Spannungen verändern, wenn der Träger belastet wird.
      
      
   3. Klicken Sie auf das Symbol 2D-Plot, um die maximale Von-Mises-Spannung im gesamten Belastungsverlauf anzuzeigen.
      
      
      
      Hier ist der Schieberegler so positioniert, dass er den Punkt anzeigt, an dem die ursprüngliche Streckung beginnt; bei diesem Material ist dies bei ca. 233.7 MPa der Fall.

      Beachten Sie die nichtlineare Reaktion des Trägers. Mit steigender Belastung beginnt der Träger, nachzugeben. Wenn die Streckung einsetzt, sinkt die Spannungsanstiegsrate. Bei diesem Vorgang wird das Material kaltverfestigt und wird dadurch fester. Wenn wir für den Träger nur eine lineare statische Spannungsstudie durchführen würden, würden wir die Spannungen auf dem Träger erst am Ende der Analyse sehen. Die prognostizierten Spannungen wären wesentlich größer, weil davon ausgegangen wird, dass das Material seine elastische Steifigkeit beibehält (Elastizitätsmodul).

      Tipp: Wenn Sie einen Blick auf die grundlegenden Eigenschaften des Materials werfen, sehen Sie, dass die Streckgrenze deutlich größer ist als die in den erweiterten (nichtlinearen) Eigenschaften angezeigte ursprüngliche Streckgrenze. Der Grund dafür ist, dass die grundlegende Streckgrenze der Punkt ist, an dem die Materialsteifigkeit um 0.2 % vom linearen Verhalten abweicht. Diese Abweichung von 0.2 % ist die typische Basis für Bewertungen der Streckgrenze von Materialien. Die nichtlineare ursprüngliche Streckgrenze ist der Punkt, an dem die Steifigkeit gerade beginnt, vom Elastizitätsmodul abzuweichen. Sie können sehen, dass die Spannungskurve steiler wird, sobald die grundlegende Streckgrenze (ca. 345 MPa) überschritten wird.

   4. Klicken Sie auf Schließen, um das 2D-Plot auszublenden.

5. Zeigen Sie das Ergebnis Verschiebung an, um festzustellen, wann die Verschiebung beginnt, exponentiell anzusteigen.

   1. Wählen Sie das Ergebnis Verschiebung aus der Dropdown-Liste neben der Legende aus.

      Vorgabemäßig wird die Gesamtverschiebung angezeigt. Im Gegensatz zu linearen Studien wird bei nichtlinearen Studien vorgabemäßig die echte Verschiebungsform angezeigt. Dies bedeutet, die Verzerrung wird nicht überhöht (dies können Sie allerdings manuell einstellen). Daher sieht die Verschiebung weniger schwerwiegend aus, als Sie es möglicherweise bei linearen statischen Spannungsanalysen gewohnt sind. Lassen Sie sich davon nicht täuschen. Betrachten Sie die tatsächlichen Verschiebungszahlen.

      
      
      
      
      Wie erwartet, tritt die maximale Verschiebung nahe der Mitte des Trägers und am oberen Flansch auf, wo die Last angewendet wird.
   2. Klicken Sie auf das Symbol  2D-Plot, um die maximale Gesamtverschiebung im gesamten Belastungsverlauf anzuzeigen.
      
      
      
      Beachten Sie, wie die Verschiebung ungefähr beim 45. Berechnungsschritt beginnt, exponentiell anzusteigen. Am Ende der Simulation ist der Anstieg sehr steil. Die Spannungen, die die Streckgrenze übersteigen, verteilen sich und dringen tiefer ein, sodass beim Fortschreiten der Studie ein immer größerer Bereich des Trägervolumens betroffen ist. Daher kann das Material die angewendete Last nicht mehr aushalten. Der Träger steht ganz klar kurz davor, zu brechen.

Aktivität 4 - Zusammenfassung

Schritte bei dieser Aktivität

• Lösen der Studie
• Bestimmen, ob der Träger wahrscheinlich bricht
• Sie haben ermittelt, wann der Sicherheitsfaktor unter 1 fällt
• Sie haben das Ergebnis überprüft, um zu sehen, wie sich die Spannungen verändern, wenn der Träger belastet wird
• Sie haben das Ergebnis überprüft, um festzustellen, wann die Verschiebung beginnt, exponentiell anzusteigen.